-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung:
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes System und ein verbessertes
Verfahren zum Rühren
suspendierter Feststoffe in einem flüssigen Medium. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren,
bei dem ein Rührer,
insbesondere ein mit magnetischem Eisenmetall gefülltes Polymer,
verwendet wird, der in einem Behälter
angeordnet ist, welcher ein flüssiges
Medium mit einem darin suspendierten Feststoff enthält, und
der mittels eines außerhalb
des Behälters
angeordneten beweglichen Magneten betätigt wird, um den suspendierten
Feststoff auf optimale Weise zu rühren.
-
Beschreibung des relevanten
Standes der Technik:
-
Bei
zahlreichen medizinischen Diagnosevorgängen ist es erforderlich, dass
einem Patienten eine flüssige
Probe, wie z.B. eine Blutprobe, entnommen wird, in einem Wachstumsmedium
kultiviert wird und dann auf das Vorhandensein eines Erregers geprüft wird,
das als Ursache für
die Krankheit des Patienten vermutet wird. Das Wachstumsmedium liefert
Nähstoffe,
mittels derer sich die Erreger, bei denen es sich z.B. um Bakterien, Viren,
Mykobakterien, Säugetierzellen
oder dgl. handeln kann, hinreichend häufig vermehren können, so
dass ihr Vorhandensein detektiert werden kann.
-
In
manchen Fällen
kann sich der Erreger häufig
genug vermehren, um visuell detektiert werden zu können. Beispielsweise
kann ein Teil der Kultur auf einem Mikroskop-Objektträger platziert
und visuell gepüft wer den,
um das mögliche
Vorhandensein eines interessierenden Erregers zu detektieren.
-
Alternativ
kann das Vorhandensein eines Erregers oder eines anderen Organismus
indirekt detektiert werden, indem das Vorhandensein von Nebenprodukten
detektiert wird, die der Mikroorganismus während seines Wachstums abgibt.
Beispielsweise verbrauchen bestimmte Mikroorganismen, wie z.B. Säugetierzellen,
Insektenzellen, Bakterien, Viren, Mykobakterien und Pilze, während ihres
Wachstums- und Lebenszyklus Sauerstoff. Wenn sich die Anzahl von
Mikroorganismen in der Probenkultur vergrößert, verbrauchen die Mikroorganismen
natürlicherweise
mehr Sauerstoff. Ferner geben diese sauerstoffverbrauchenden Mikkoorganismen typischerweise
Kohlendioxid als Stoffwechsel-Nebenprodukt ab. Einhergehend mit
der Zunahme der Anzahl vorhandener Organismen nimmt somit auch das
Volumen an Kohlendioxid zu, das von diesen Organismen kollektiv
abgegeben wird.
-
Alternativ
zum Detektieren des Vorhandenseins von Kohlendioxid zwecks Detektion
des Vorhandenseins eines sauerstoffverbrauchenden Mikroorganismus
ist es möglich,
eine Abnahme der Konzentration von Sauerstoff in der interessierenden
Probe zu detektieren. Das Vorhandensein sauerstoffverbrauchender Mikroorganismen
kann auch dadurch detektiert werden, dass man eine Druckveränderung
in einem abgedichteten Probenröhrchen
detektiert, das die interessierende Probe enthält. Während nämlich der in einem abgedichteten
Probenröhrchen
vorhandene Sauerstoff durch die sauerstoffverbrauchenden Mikroorganismen
abgereichert wird, verändert
sich der Druck in dem abgedichteten Probenröhrchen. Eine weitere Druckveränderung
in dem Probenröhrchen
erfolgt, wenn die Organismen Kohlendioxid ausgeben. Somit kann das
Vorhandensein derartiger Organismen detektiert werden, indem die
Druckveränderung
in dem geschlossenen Probenröhrchen überwacht
wird.
-
Zum
Detektieren des Vorhandenseins von Kohlendioxid in einer Probe zwecks
Prüfung
eines möglichen
Vorhandenseins von Organismen in der Probe existieren mehrere Verfahren.
Beispielsweise detektiert ein unter der Bezeichnung BACTEC® 9050
bekanntes Instrument, das von Becton Dickinson and Company hergestellt
wird, die Farbveränderung
eines Indikators, um festzustellen, ob Kohlendioxid in einer Probe
vorhanden ist. Dies bedeutet, dass jede Probe in ein jeweiliges
Probenröhrchen
eingebracht wird, das ein Indikatormedium mit einer Chemikalie enthält, die
bei Vorhandensein von Kohlendioxid durch Farbveränderung reagiert. Ein Lichtsensor
detektiert die Farbe des Indikators in dem im Probenröhrchen befindlichen
Indikatormedium, wenn das Probenröhrchen in das Instrument geladen
wird. Falls die Probe einen Organismus enthält, der Kohlendioxid ausgibt,
verändert
sich als Reaktion auf das Vorhandensein von Kohlendioxid die Reflexions- oder Fluoreszenz-Intensität des Indikatormediums.
Somit detektiert der Lichtsensor diese Intensitätsveränderung, und das Instrument
zeigt folglich der Bedienungsperson an, dass in der im Probenröhrchen enthaltenen Probe
ein Organismus vorhanden ist. Weitere Beispiele von Instrumenten
zur Detektieren des Vorhandenseins von Organismen in einer Probe
durch Detektion einer Veränderung
des Kohlendioxids in der Probe sind beschrieben in den U.S.-Patenten
Nr. 4,945,060, 5,164,796, 5,094,955 und 5,217,876.
-
Ein
Instrument, bei dem eine Sauerstoffdetektionstechnik angewandt wird,
ist in dem U.S.-Patent Nr. 5,567,598 beschrieben. Instrumente, die
Veränderungen
des im Probenröhrchen
vorhandenen Drucks detektieren können,
sind beschrieben in den U.S.-Patenten Nr. 4,152,213, 5,310,658,
5,856,175 und 5,863,752. Ferner ist ein Instrument, das Veränderungen
der Kohlendioxid-Konzentration, Veränderungen der Sauerstoff-Konzentration
und Veränderungen
des Druck in dem Behälter
detektieren kann, beschrieben in der von Nicholas R. Bachur et al.
eingereichten U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel "System and Method
for Optically Monitoring the Concentration of a Gas, or the Pressure,
in a Sample Vial to Detect Sample Growth", Serial No. 09/892,061, eingereicht
am 26. Juni 2001, und ein weiteres Instrument, das Veränderungen
der Kohlendioxid-Konzentration oder Veränderungen der Sauerstoff-Konzentration
in dem Behälter
detektieren kann, ist beschrieben in der von Nicholas R. Bachur
et al. eingereichten U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel "System and Method
for Optically Monitoring the Concentration of a Gas in a Sample
Vial Using Photothermal Spectroscopy to Detect Sample Growth", Serial No. 09/892,012,
eingereicht am 26. Juni 2001.
-
Anzumerken
ist, dass die Ergebnisse, die durch die oben beschriebenen Organismusdetektions-Techniken
erhalten werden, verbessert werden können, falls das Wachstum des
Organismus dahingehend verstärkt
wird, dass eine größere Produktion
von Kohlendioxid, eine größere Abreicherung
von Sauerstoff und eine größere Veränderung
des Drucks in dem Behälter
verursacht werden. Es ist bekannt, dass die biologische Aktivität einer
Feststoff-Probe in einem flüssigen
Medium verbessert werden kann, indem die Feststoff-Probe in einem
suspendierten Zustand gehalten wird. Dies kann durch kontinuierliches
Rühren
der Feststoff-Flüssigkeits-Mischung
erreicht werden, wodurch der Nährstoff-,
Ausschuss- und Gas-Austausch in der Mixtur verbessert werden.
-
Beispiele
von Rührtechniken
sind beschrieben in den U.S.-Patenten Nr. 5,586,823, 4,483,623 und 4,040,605.
Bei jeder dieser Techniken wird ein magnetischer Rührer verwendet,
der in dem die Probe enthaltenden Behälter platziert wird und mittels
eines Magneten betätigt
wird, um die im Behälter
befindliche Probe zu rühren.
-
Obwohl
diese Rührtechniken
eine gewisse Wirkung bei der Unterstützung des Proben-Wachstums
haben, wird jede von ihnen durch bestimmte Nachteile beeinträchtigt.
Beispielsweise ist, da jede der Techniken verlangt, eine vertikale
Anordnung des Behälters
beizuhalten, das Fluid-/Gas-Interface
minimiert, was besonders bei nicht flachen Behältern der Fall ist. Dieses
nur minimale Fluid-/Gas-Interface behindert die Effektivität der im
Behälter
ablaufenden biologischen Vorgänge.
-
Zudem
kann sich die biologische Ausrichtung des Behälters dahingehend auswirken,
dass die Magneten ihren Einfluss auf dem im Behälter an geordneten magnetischen
Rührer
verlieren, insbesondere falls der magnetische Einfluss auf den Rührer schwach
ist, wie z.B. beim einem nur leichten Rühren der Fall ist. Weiterhin
hat die vertikale Ausrichtung den Effekt, dass der im Behälter angeordnete
Rührer
einem halb zufälligen Rührweg folgt,
was in einem ineffizienten und die Probe möglicherweise schädigenden
Rührvorgang
führt.
Ferner muss bei diesen bekannten Anordnungen zum Verändern der
Intensität
des Rührens
die physische Größe des Rührers oder
der Vorrichtung verändert
werden.
-
Ein
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ausgebildetes System zum Rühren eines Feststoffs, der in
einer in einem Probenbehälter
befindlichen Flüssigkeit
suspendiert ist, ist in US-A-4,498,785 beschrieben. Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Probenbehälter
von einem Support derart gehalten, dass seine Achse unter einem
Winkel von 30° zur
Horizontalen verläuft.
In dem Behälter
befindet sich eine Flüssigkeit,
die einen schwimmfähigen
magnetischen Rührer
trägt,
welcher halb eingetaucht im oberen Bereich der Flüssigkeit treibt.
Der magnetische Rührer
wird mittels einer Magnetvorrichtung gedreht, die in einer horizontalen
Ebene drehend angetrieben ist. Der vergrößerte Oberflächenbereich
der Flüssigkeit
erleichtert die Gasabsorption und ermöglicht, dass während einer
gegebenen Zeit eine größere Anzahl
von Zellen an die Oberfläche
gelangt. Dadurch wird das Wachstum der Zellen gefördert, so
dass die Zellproduktion beschleunigt wird. Der schwimmfähige Rührer verbleibt
jedoch an der Oberfläche
der Flüssigkeit.
-
ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System
und ein verbessertes Verfahren anzugeben, mittels derer suspendierte
Feststoffe in einem flüssigen
Medium gerührt
werden, um das Proben-Wachstum
zu fördern
und die Probendetektions-Ergebnisse zu verbessern.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe
eines verbesserten Systems und eines verbesserten Verfahrens zum
Rühren
suspendierter Feststoffe in einem flüssigen Medium, mittels derer
die Rühr-Intensität verändert werden
kann, ohne die Größe des Rührers in
dem Medium oder die Größe oder
Arbeitsweise des System zu verändern.
-
Das
Rührsystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, und das Verfahren zum Rühren eines
Feststoffs, der in einer in einem Probenbehälter befindlichen Flüssigkeit
suspendiert ist, ist in Anspruch 6 definiert.
-
Somit
ist das System dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer sich
entlang einer Seitenwand des Probenbehälters bewegt und die Magnet-Antriebsvorrichtung
ferner in der Lage ist, den Magneten derart von der Außenfläche des
Probenbehälters
weg zu bewegen, dass sich der Rührer
durch Schwerkraft zu einem Boden des Probenbehälters hin bewegen kann.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch Bewegen
des Magneten von der Außenfläche des
Probenbehälters
weg und Drehen des Magneten derart, dass der Magnet nahe an die
Außenfläche des
Probenbehälters
und von der Außenfläche des
Probenbehälters
weg bewegt werden kann und dadurch der Rührer durch Schwerkraft zu einem
Boden des Probenbehälters
hin bewegt werden kann.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Diese
und weitere Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung
werden deutlicher ersichtlich anhand der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen
folgendes dargestellt ist:
-
1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Systems, bei
dem ein gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehenes verbessertes System und ein gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehenes verbessertes Verfahren zum Rühren von
Feststoff-Proben, die in flüssigen
Medien in mehreren Probenbehältern
suspendiert sind, verwendet werden;
-
2 zeigt
eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Beispiels einer
in dem System gemäß 1 vorgesehenen
Platte zur Unterbringung von Probenbehältern;
-
3 zeigt
eine Seitenansicht der Platte gemäß 2;
-
4 zeigt
eine schematische Ansicht einer bei der Platte gemäß 2 verwendeten
Riemen- und Laufrollen-Anordnung;
-
5 zeigt
eine detaillierte perspektivische Unteransicht der unteren beiden
Reihen der Platte gemäß 2;
-
6 zeigt
eine Unteransicht der Platte gemäß 2;
-
7 zeigt
eine detaillierte explodierte Ansicht der Antriebsvorrichtung der
Platte gemäß 2;
-
8 zeigt
eine detaillierte Ansicht des Motors der Antriebsvorrichtung gemäß 7;
-
9 zeigt
eine konzeptionelle Darstellung eines gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgelegten Beispiels der Beziehung zwischen
der Position und Bewegung eines Magneten bei der Platte gemäß 2 und
eines betreffenden Probenbehälters,
der einen Rührer
enthält;
-
10 zeigt
eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Beispiels eines
Rührers
gemäß 9;
-
11 zeigt
eine Seitenansicht des Rührers
gemäß 10;
und
-
12 zeigt
eine Seitenansicht des Rührers
gemäß 10.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt
ein Beispiel eines Inkubations- und Messmoduls 100, bei
dem ein gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehenes System zum Rühren
von Feststoff-Proben verwendet wird, die in flüssigen Medien suspendiert sind,
welche sich in Probenbehältern 102 befinden.
Weitere Einzelheiten des Systems 100 und des Rührsystems
sind in 2-9 gezeigt.
Wie gezeigt weist das Inkubations- und Messmodul 100 gemäß diesem
Beispiel ein Gehäuse 104 und
zwei Platten 106 auf, die entlang jeweiliger Schienenvorrichtungen 108 in
einer entlang dem Pfeil A verlaufenden Richtung in das Gehäuse 104 hinein
und aus diesem heraus geschoben werden können.
-
In
jeder Platte 106 sind mehrere Öffnungen 110 ausgebildet,
die jeweils zur Aufnahme eines Probenbehälters 102 in der Lage
ist. Wie noch detailliert erläutert
wird, weist jeder Behälter 102 eine
in einem flüssigen Medium
suspendierte Feststoff-Probe und einen Rührer auf. Die Öffnungen 110 sind
relativ zur Horizontalen derart schrägverlaufend angeordnet, dass
die von den Öffnungen 110 aufgenommenen
Probenbehälter 102 zu
einem noch detailliert zu erläuternden
Zweck ebenfalls schrägverlaufend
angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Öffnungen 110 relativ
zur Horizontalen um 15° oder
ungefähr
15° schrägverlaufend angeordnet,
so dass die von den Öffnungen 110 aufgenommenen
Probenbehälter 102 ebenfalls
unter einem Winkel von 15° oder
ungefähr
15° zur
Horizontalen angeordnet sind. Wie noch detailliert erläutert wird,
wird durch diese Schrägstel lung
ein großes
Luft-/Flüssigkeits-Interface
in den Probenbehältern 102 erzeugt.
Ferner brauchen die Öffnungen 110 und
somit die Probenbehälter 102 nicht
um 15° relativ
zur Horizontalen schräggestellt
zu sein, sondern können
unter einem Winkel innerhalb eines Bereichs von exakt oder ungefähr 15° bis exakt
oder ungefähr
25° schräggestellt
sein, wobei der Bereich von exakt oder ungefähr 15° bis exakt oder ungefähr 20° bevorzugt
wird. Die Öffnungen 110 und
die Probenbehälter 102 können jedoch
relativ zur Horizontalen unter jedem beliebigen praktischen Winkel
schräggestellt
sein, mit dem ein hinreichendes Luft-/Flüssigkeits-Interface erzielt
werden kann.
-
Die Öffnungen 110 sind
wie gezeigt in mehreren Reihen und Spalten angeordnet, und jede
Platte 106 kann jede zweckmäßige Anzahl von Öffnungen
aufweisen. Beispielsweise können
die Öffnungen 110 in
zehn Reihen und zehn Spalten angeordnet sein, so dass sich insgesamt
neunzig Öffnungen 110 pro
Platte 110 ergeben. Das Inkubations- und Messmodul 100 weist
ferner eine oder mehrere (nicht gezeigte) Türen auf, um das Gehäuse 104 zu
schließen,
nachdem die Platten 106 von dem Gehäuse 104 aufgenommen
worden sind.
-
Wenn
eine Probenkultur durch das Inkubations- und Messmodul 100 analysiert
werden soll, wird die Probenkultur in einem Probenbehälter 102 platziert,
und der Probenbehälter 102 wird
in eine entsprechende Öffnung 110 der
jeweiligen Platte 106 in dem Inkubations- und Messmodul 100 geladen.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Probenbehälter 102 ein geschlossenes
Röhrchen.
Das Inkubations- und Messmodul 100 kann ferner eine Tastatur 112,
einen (nicht gezeigten) Strichcode-Leser oder irgendein anderes
geeignetes Interface aufweisen, mittels dessen ein Techniker die
Probe betreffende Information in eine Datei eingeben kann, die in einem
im Inkubations- und Messmodul 100 angeordneten Speicher
oder in einem (nicht gezeigten) Computer gespeichert ist, der von
dem Modul 100 entfernt angeordnet ist und den Betrieb des
Moduls 100 steuert. Zu der Information zählt z.B.
Information über
den Patienten, den Proben-Typ, die Reihe und die Spalte der Öffnung 110,
in die der Probenbehälter 102 geladen
wird, usw. Das Modul 100 kann den Typ von Detektiervorrichtung
aufweisen, der in den oben angeführten
U.S.-Patentanmeldungen Serial Nos. 09/892,061 und 09/892,012 beschrieben
ist.
-
Ferner
weist gemäß 2–8 jede
Platte 106 eine Antriebsvorrichtung 114 zum Antreiben
mehrerer Magnetwellenvorrichtungen 116 auf, wie nachstehend
detailliert beschrieben wird. Die Antriebsvorrichtung 114 weist
eine Antriebsmotorvorrichtung 118 und eine Riemenscheibenanordnung
auf, zu der eine Antriebsscheibe 120, Wellenantriebs-Riemenscheiben 122,
Laufrollen 124 und 126 und ein Serpentinen-Riemen 128 zählen, der
gemäß 4 um
die Antriebsscheibe 120, die Wellenantriebs-Riemenscheiben 122 und
die Laufrollen 124 und 126 läuft. Die Antriebsmotorvorrichtung 118 enthält einen
Antriebsmotor 130, der beispielsweise durch eine Steuervorrichtung 132 wie
z.B. einen Mikrocontroller oder dgl. gesteuert wird. Die Antriebswelle 134 des
Antriebsmotors 130 ist mit einer Magnetplatte 136 verbunden,
wie 8 detailliert zeigt. Die Magnetplatte 136 weist
mehrere Magneten 138 auf, bei denen es sich generell um
starke Magneten wie z.B. Seltenerdmagneten handelt. Der Antriebsmotor 130 ist
z.B. durch einen Befestigungsbügel 140 im
Inneren des Gehäuses 104 montiert.
-
Wie 2 und 7 detailliert
zeigen, ist mit der Antriebsscheibe 120 eine Magnetplatte 142 verbunden,
die mehrere starke Magneten 144 wie z.B. Seltenerdmagneten
aufweist. Der Antriebsmotor 130 ist in dem Gehäuse 104 derart
positioniert, dass, wenn seine entsprechende Platte 106 voll
in das Gehäuse 104 eingeführt ist,
die Magnetplatte 142 exakt oder im Wesentlichen mit der
Magnetplatte 136 ausgerichtet ist. Anzumerken ist ferner,
dass der Antriebsmotor 130 und die Magnetplatte 136 außerhalb
der Rückwand 146 der
Inkubationskammer angeordnet sind, die in dem Gehäuse 104 angeordnet
ist und die Platten 106 aufnimmt. Somit sind gemäß 6 die
Magnetplatte 136 und die Magnetplatte 142 an gegenüberliegenden
Seiten der Rückwand 146 der
Inkubationskammer angeordnet. Die an den Magnetplatten 136 und 142 angeordneten
Magneten 138 und 144 sind jedoch stark genug,
um durch die Rückwand 146 hindurch
eine magnetische Kopplung einzugehen, so dass, wenn der Antriebsmotor 130 die
Magnetplatte 136 dreht, die magnetische Kopplung den Effekt
hat, dass aufgrund der Drehung der Magnetplatte 136 die
Magnetplatte 142 gedreht wird. Die Drehung der Magnetplatte 142 treibt
die Antriebsscheibe 120 an, welche den Serpentinen-Riemen 128 dahingehend
antreibt, dass dieser die Wellenantriebs-Riemenscheiben 122 und
die Laufrollen 124 und 126 antreibt. Anzumerken
ist, dass durch Anordnen des Antriebsmotors 130 außerhalb
der Inkubationskammer die von dem Antriebsmotor 130 bei
Betrieb abgegebene Wärme
keinen Einfluss auf die Temperatur innerhalb der Inkubationskammer
hat. Ferner wird der Antriebsmotor 130 nicht durch die
Wärme der
Inkubationskammer beeinflusst, was den Antriebsmotor 130 schädigen könnte.
-
Wie
aus 2–7 und
insbesondere 5 und 6 ersichtlich
ist, ist jede der Wellenantriebs-Riemenscheiben 122 mit
einer jeweiligen Magnetwellenvorrichtung 116 verbunden.
Bei dem vorliegenden Beispiel weist die Platte 106 zehn
Wellenantriebs-Riemenscheiben 122 und zehn entsprechende
Magnetwellenvorrichtungen 116 auf, die jeweils einer betreffenden
Reihe von Öffnungen 110 entsprechen.
Jede Magnetwellenvorrichtung 116 weist eine Welle 148 auf,
die an einem Ende mit einer entsprechenden Wellenantriebs-Riemenscheibe 122 verbunden
ist, sich entlang der Breite der Platte 104 erstreckt und
an ihrem anderen Ende drehbar mit einer Befestigungsvorrichtung 150 verbunden
ist. Mehrere Magnetvorrichtungen 152-1 bis 152-5 sind
mit den betreffenden Wellen 148 verbunden und drehen sich
zusammen mit der Welle 148, wenn die Welle 148 von
ihrer zugehörigen
Wellenantriebs-Riemenscheibe 122 um ihre Längsachse
gedreht wird. Gemäß 5 weist
jede Magnetvorrichtung 152-1 bis 152-5 einen oder
zwei starke Magneten wie z.B. Seltenerdmagneten auf, die in entsprechenden Öffnungen 156-1 bis 156-5 der
Platte 106 aufgenommen werden können, wenn sich die Welle 148 dreht.
Insbesondere entspricht die Gesamtanzahl von Magneten 154 einer Magnetwellenvorrichtung 116 der
Anzahl von Öffnungen 110 in
der dieser Magnetwellenvorrichtung 116 entsprechenden Reihe
von Öffnungen.
Bei dem vorliegenden Beispiel weist die Magnetwel lenvorrichtung 116 zehn
Magneten 154 auf, die den zehn Öffnungen 110 der dieser
Magnetwellenvorrichtung 116 entsprechenden Reihe von Öffnungen
entsprechen.
-
Ferner
ist anzumerken, dass der Magnet oder die Magneten 154 benachbarter
Magnetvorrichtungen (z.B. der Magnetvorrichtungen 152-1 und 152-2)
unter einem Winkel von 180° oder
im Wesentlichen 180° relativ
zueinander um die Welle 148 angeordnet ist bzw. sind. Dies
bedeutet, dass, wenn die Magneten 154 der Magnetvorrichtung 152-1 außerhalb
der Öffnung 156-1 positioniert
sind, die Magneten 154 der Magnetvorrichtung 152-2 innerhalb
der Öffnung 156-2 positioniert
sind, wie in 5 und 6 gezeigt
ist. Die Magneten 154 sind in dieser Weise angeordnet,
um die Gesamt-Balance der Magnetwellenvorrichtung 116 zu
verbessern.
-
Im
Folgenden wird die von der Magnetwellenvorrichtung 116 durchgeführte Rühroperation
beschrieben. 9 zeigt ein Beispiel der Beziehung
zwischen einem Magneten 154 der Magnetvorrichtung 152-1 und einem
Probenbehälter 102,
der in die dem Magneten 154 entsprechende Öffnung 110 geladen
worden ist. Wie oben erläutert
entspricht jeder Magnet 154 einer Öffnung 110 in der
Reihe von Öffnungen,
die der Magnetwellenvorrichtung 116 entspricht. Wie gezeigt
wird, wenn ein Probenbehälter 102 in
einer Öffnung 110 aufgenommen
wird, der Probenbehälter
relativ zur Horizontalen um den Winkel gekippt, unter dem die Öffnung 110 relativ
zur Horizontalen schräggestellt
ist, wobei dieser Winkel im vorliegenden Beispiel 15° oder im
Wesentlichen 15° beträgt. Wie
bereits erwähnt,
erzeugt diese Schrägstellung
ein signifikant großes
Luft-/Flüssigkeits-Interface
in dem Probenbehälter 102.
-
Wie
ebenfalls bereits erläutert
enthält
jeder Probenbehälter 102 eine
Feststoff-Probe 158, wie z.B. einen Organismus des oben
beschriebenen Typs, die in einem flüssigen Medium 160 suspendiert
ist, z.B. einem Wachstumsmedium zur Förderung des Wachstums des Organismus.
Jeder Probenbehälter 102 ist
ferner mit einem Rührer 162 versehen,
bei dem es sich vorzugsweise um ein mit magnetischem Eisenmetall
gefülltes Polymer
handelt. Anzumerken ist, dass sich der Ausdruck "magnetisch" in diesem Kontext auf einen Typ von Eisenmetall
wie z.B. magnetischen Edelstahl bezieht, der auf die Magnetfelder
des Magneten 154 reagiert. Das bei dem Rührer gemäß dieser
Ausführungsform
verwendete Eisenmaterial ist an sich weder ein Magnet, noch ist
es magnetisiert. Weitere Einzelheiten des Rührers 162 sind in 10–12 gezeigt.
Der Rührer 162 kann
wie gezeigt stabförmig
oder zylinderförmig
sein, oder er kann irgendeine andere geeignete Form haben. Der Rührer 162 kann
z.B. eine Gesamtlänge
im Bereich von 12,7 oder ungefähr
12,7 mm (0,500 oder ungefähr 0,500
Inch) bis 19,05 oder ungefähr
19,05 mm (0,750 oder ungefähr
0,750 Inch) und einen Gesamt-Durchmesser
von 3,05 oder ungefähr
3,05 (0,120 oder ungefähr
0,120 Inch) haben.
-
Der
Rührer 162 kann
ungefähr
50 Gewichts-% bis ungefähr
80 Gewichts-% Polymer enthalten, wobei die übrigen 50 bis 20 Gewichts-%
aus Eisenmetall bestehen. Es kann jedoch jedes beliebige Verhältnis von Polymer
zu Eisenmetall verwendet werden, solange es hinreichendes Kohäsionsvermögen, um
den Rührer 162 zusammenzuhalten,
und eine hinreichende Reaktionsfähigkeit
dem Magneten 154 gewährleistet.
Das Polymermaterial ist vorzugsweise ein biologisch inertes Polymer
wie z.B. Nylon oder Polypropylen, wodurch die Gesamt-Oberflächenhärte des
Rührers 162 und
somit die Möglichkeit
einer Schädigung
der in der Suspension enthaltenen Feststoff-Probe 158 sowie
des Probenbehälters 102 reduziert
wird. Das Eisenmetall ist vorzugsweise Edelstahl; es kann jedoch
auch jedes beliebige geeignete Material gewählt werden, das auf den magnetischen
Einfluss des Magneten 154 reagieren kann. Der Rührer 162 kann
mit Farben wie z.B. Blau, Grau, Rot, Grün, Orange usw. farbkodiert
sein, um einen Hinweis auf den Typ und den prozentualen Anteil des
Polymers und des Eisenmaterials zu geben. Der Rührer 162 kann bereits
in dem Probenbehälter 102 vorgesehen sein,
oder er kann in dem Probenbehälter
angeordnet werden, bevor oder nachdem die Feststoff-Probe 158 und
das flüssige
Medium 160 in den Probenbehälter eingegeben werden.
-
Wie 9 ferner
zeigt, wird der Rühreffekt
erzeugt, indem der Motor 130 (siehe 2, 3 und 5–8)
derart gesteuert wird, das die Magnetwellenvorrichtung 116 in
einer Richtung R gedreht wird. Folglich wird durch die Drehung der
Magnetwellenvorrichtung 116 die Welle 148 um ihre
Längsachse
gedreht, wodurch wiederum die Magneten 154 um die Längsachse
der Welle 148 gedreht werden. Wenn die Magneten 154 gedreht
werden, werden sie in ihre jeweiligen Öffnungen 156-1 bis 156-5 in
der Platte 106 bewegt (siehe 5 und 6).
Dies bedeutet, dass bei Drehung der Welle 148 der Magnet 154 der
Magnetvorrichtung 152-1 zyklisch in die Öffnung 156-1 eintritt
und dabei in die Nähe
des in seiner entsprechenden Öffnung 110 angeordneten
Probenbehälter 102 gelangt,
und aus der Öffnung 156-1 austritt
und dabei in eine von dem Probenbehälter 102 entfernte
Position gelangt. Diese Bewegung bewirkt, dass der Rührer 162 einen
rhythmischen Rührvorgang
ausführt.
Dies bedeutet, dass, wenn sich der Magnet 154 nahe der
Außenfläche des
Probenbehälters 102 entlangbewegt,
seine Magnetkraft den Rührer 162 derart
anzieht, dass der Rührer 162 von
dem unteren Rand 164 des Probenbehälters 102 weg aufwärts entlang
der Wand 166 des Probenbehälters 102 gezogen
wird. Wenn sich der Magnet 154 von dem Probenbehälter 102 weg
zu drehen beginnt, nimmt der Einfluss der Magnetkraft des Magneten 164 auf
den Rührer 162 ab,
und der Rührer 162 sinkt
unter Schwerkrafteinfluss entlang der Wand 166 des Probenbehälters 102 zu
dem Bodenrand 164 hin ab. Diese Bewegung wird jedes Mal
wiederholt, wenn der Magnet 154 sich an der Außenfläche des
Probenbehälters 102 entlangbewegt. Es
ist wünschenswert,
dass der Magnet 154 in der Richtung R gedreht wird, so
dass der Rührer 162 zuerst entlang
der Wand 166 bewegt wird und dann zugelassen wird, dass
er zum unteren Rand 164 hin zurücksinkt. Ferner kann der Motor 130 mit
einer Drehzahl von z.B. 150 Drehungen pro Minute gedreht werden,
was den Effekt hat, dass sich der Rührer 162 in einer
Häufigkeit
von 150 Mal pro Minute durch den oben beschriebenen Rührweg bewegt.
Der Motor kann jedoch zur Drehung mit jeder beliebigen zweckmäßigen Drehzahl
gesteuert werden, um den gewünschten
Rühreffekt
zu erzielen.
-
Ferner
ist anzumerken, dass durch Vergrößern des
Eisen-Füllgehalts
des Rührers 162 der
magnetische Einfluss des Magneten 154 auf den Rührer 162 zunimmt.
In ähnlicher
Weise nimmt bei Verkleinerung des Eisen-Füllgehalts
des Rührers 162 der
magnetische Einfluss des Magneten 154 auf den Rührer 162 ab.
Somit kann die Intensität
des Rührens
einfach dadurch variiert werden, dass man den Rührer 162 durch einen
Rührer mit
unterschiedlichem Eisen-Füllgehalt
ersetzt. Ansonsten brauchen die Form und die Größe des Rührers 162 nicht verändert zu
werden.
-
Die
oben beschriebene Anordnung bietet mehrere Vorteile gegenüber den
oben im Anschnitt zum Stand der Technik diskutierten herkömmlichen
Rührvorrichtungen.
Dies ist z.B. der Fall, weil die schrägverlaufenden Öffnungen 110 den
Probenbehälter 102 in
einem spitzen Winkel (z.B. 15°)
relativ zur Horizontalen halten, um ein maximales Aussetzen der
flüssigen
Phase gegenüber
der Gasphase zu begünstigen.
In dieser Weise wird somit als Funktion des Winkels ein verbesserter
Austausch des aufgelösten
Gases erreicht. Ferner verbessert die winklige Ausrichtung des Probenbehälters 102 die
Wahrscheinlichkeit, dass der Magnet 154 seinen magnetischen
Einfluss auf den Rührer 162 aufrechterhält. Ferner
kann der Rührvorgang
schonender als bei herkömmlichen
Verfahren durchgeführt
werden, da der Weg des Rührers 162 durch
die Wand 166 des Probenbehälters 102 beschränkt wird.
Durch sämtliche
dieser verbesserten Merkmale des Rührsystems wird das Wachstum
der Probe in dem flüssigen
Medium 160 gefördert
und somit die gesamte Kohlendioxid-Produktion, Sauerstoff-Abreicherung
und Druck-Variation in dem Probebehälter 102 vergrößert, so
dass die Probendetektions-Ergebnisse verbessert werden.
-
Die
folgende Tabelle 1 zeigt Beispiele der Probendetektions-Ergebnisse,
die durch Rühren
verschiedener Proben gemäß den vorstehend
erläuterten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, im Vergleich zu den
Probendetektions-Ergebnissen, die durch Rühren der gleichen Typen von
Proben gemäß einem
herkömmlichen "Schaukel"-Verfahren erhalten
wurden, bei dem der die Probe enthaltende Behälter einem Rühr- oder Schaukelvorgang
ausgesetzt wird, um die darin enthaltene Probe zu rühren.
-
Tabelle
1. Probendetektions-Vergleichsdaten
-
Wie
aufgeführt
ist bei jedem Proben-Typ die Zeitdauer, die vom Beginn eines gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsformen
durchgeführten
Rührvorgangs
bis zur Bildung einer detektierbaren Proben-Menge verstreicht, beträchtlich
kürzer
als die Zeitdauer, die vom Beginn eines gemäß der herkömmlichen "Schaukel"-Bewegungstechnik durchgeführten Vorgangs
bis zur Bildung einer detektierbaren Proben-Menge verstreicht.
-
Obwohl
vorstehend nur wenige Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, wird
Fachleuten direkt ersichtlich sein, dass an den beschriebenen Ausführungsformen
zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von den neuartigen
Lehren und Vorteilen dieser Erfindung in der Sache abzuweichen.
Somit fal len sämtliche
derartigen Modifikationen unter den in den folgenden Ansprüchen definierten
Schutzumfang der Erfindung.
